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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 50Ohm Impedanz PCB?


Autor: chriss chd (Gast)
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Hallo Zusammen!

Ich mach gerade ein Bluetooth Modul auf mein PCB. Leider hat das Modul
keine integrierte Antenne, d.h. ich muss diese am meinen Print legen.
Jetzt steht in dem datasheet von der Antenne wo ich die hinplazieren
muss (wo kein GND sein darf, etc.) dabei steht das die Leitung 50Ohm
Imped. haben soll. Naja klar bei den Frequenzen. Aber wie design ich
nun meine Leiterbahn. Wie lange wie dick, wo muss ich sie abwinkeln
(lt. der Zeichnung von der Antenne ist die mal abgwinkelt.), das ganze
wird ja vom Platinenmaterial abhängen, oder?

Bin Dankbar für jeden Tipp, HInweis, etc.

THX
Chriss

p.s.:
Ein Bekannter meinte ich soll die Antenne möglichst naja am Modul
platzieren dann brauch ich die Leiterbahn nicht rechnen einfach so kurz
wie möglich und dicke wie der Anschluss vom Modul ist. Funktioniert das
wirklich???

Autor: till (Gast)
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irgendwo hatte ich mal was gelesen von 4,5mm dicker leiterbahn über
einer groundplane an der anderen platinenseite bei 1,5mm starkem FR4
material - oder so. die zahlen frei aus dem gedächtnis und
wahrscheinlih falsch.

Autor: chriss chd (Gast)
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hab grad eine app note von siemens gefunden, die schreiben dass die
leitung lambda/2 sein soll
also ist lambda = c/f; c = 0.66*c0; bzw. c ist ja vom platinenmaterial
abhängig da ja c = sqrt(1/µ*epsilon) ist.
Hab das nachgerechnet und da kommt 0,62c0 raus.
da kommt dann bei einer Frequenz von 2,45GHz eine Länge von 37,9mm
raus.
Um Reflexionen vorzubeugen werd ich vom Modul weg gehend die selbe
breite verwenden als der Pin am Modul werd dann größer bis zur Padgröße
von der Antenne.
Dass sollte dann hoffentlich funktionieren.
Ich meld mich dann nochmal wenns geklappt hat - in ca. 2Wochen wenn
Platine da.

Autor: Matthias Bergmann (Gast)
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Mit Bluetooth kenne ich mich nicht aus, aber generell liegt das Problem
bei hohen Frequenzen darin, daß Wellenleitungen nicht mehr als
konzentrierte Bauteile angesehen werden können.
Rein anschaulich gesprochen:
Ein sinusförmiges Signal mit einer Wellenlänge von 10 m breitet sich
längs einer 10 cm langen Leitung aus, dann wird sich die Strom- /
Spannungsverteilung über der Leitung kaum ändern, sondern konstant
erscheinen (zu einem festen Zeitpunkt).
Hat das Signal jedoch nur eine Wellenlänge von 10 cm, liegt also in der
Größenordnung der Wellenleitung, dann ändern sich Strom- und Spannung.
Am Ende der Leitung ist dadurch ein anderer Widerstand vorhanden als am
Anfang der Leitung, was einige Probleme verursachen kann.
Die lambda/2-Leitung hat nun die Eigenschaft, daß der
Eingangswiderstand gleich dem Ausgangswiderstand ist, unabhängig von
der Immpedanz der Leitung selbst. Das gilt natürlich strenggenommen nur
für eine Frequenz, weichst die ab kommt es zu Reflektionen, sprich
Fehlanpassungen.

Wahrscheinlich handelt es sich bei Deiner Platine um eine
Mikrostreifenleitung, erkennst Du daran, daß die Unterseite komplett
metallisiert bleibt (im Gegensatz zu "normalen" Platinen). Die Welle
breitet sich dann zwischen dieser Groundplane und der Leiterbahn aus.
Im Netz gibt es einige berechnungsprogramme für Mikrostreifenleitungen.


http://www.rogers-corp.com/mwu/mwi_java/mwij_vp.html

http://www.emclab.umr.edu/pcbtlc/index.html

Autor: Jörg (Gast)
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Also ich hab mich grad in meiner Diplomarbeit mit Antenne beschäftigt
... Lambda-Halbe ist schon richtig, du bastelst dir dann nen Dipol,
gelle? Bei der Platine solltest du darauf achten, dass deine Antenne
keine Massefläche auf der Unterseite hat und den Abstand zur
Schaltungmaximal wählen, was deine Platine (die Abmaße) hergibt. Genau
50 Ohm wirst nicht hninbekommen, aber Abstrahlverhalten wirst du auf
alle Fälle realisiern können. Ich kann mal schauen, was ich noch für
PDFs finde, hab recht viele hier zu dem Thema..

Autor: chriss chd (Gast)
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wäre nett wenn du was findest.
antenne hab ich diskret vor liegen. muss die nur anschließen.
die leitung zur antenne wird mit einer massefläche lt. datasheet von
der antenne umgeben links und rechts 8mm. bei beginn von der antenne
muss die weg. (zumindest lt. datasheet.)

thx

chriss

Autor: Jörg (Gast)
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ähm was heisst denn links und rechts 8mm??
ich dachte, du willst die antenne gleich mit auf die platine ätzen ..
du willst aber doch ne externe variante!? die schliesst du am besten
mit rg58 koax kabel an. seele an den antennenausgang, schirm auf masse.

Autor: Sebel de Tutti (Gast)
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@chriss chd
lambda/2 ist möglicherweise okay, da der Wellenwiderstand dann am
Eingang der gleiche ist wie am Ausgang, an dem die Antenne
angeschlossen ist (jedoch nur für genau eine Frequenz). Aber die Formel
die du angibst nützt nicht viel, da nicht das gesammte Feld im
Trägermaterial verläuft, das effektive epsilon ist also nicht dasjenige
des Trägermaterials.

Es gibt Programme zur Berechnung von Striplines, also so eines
verwenden.

Autor: chriss chd (Gast)
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Danke für die Infos!
Das würde ja dann heißen, dass mein Bekannter doch recht hatte. Wenn
ich die Antenne möglichst nahe am Ausgang vom Modul plaziere (1-2mm
Abstand) dann hab ich eigentlich fast den gleichen Wellenwiderstand und
muss nicht mit lambda/2 herumärgern ;) ???

anbei mal das datasheet von der antenne.

mit den berechnungsprogrammen komm ich nicht zurecht. da geb ich ja nur
eine 2dim. ebene ein. ich brauch ja die länge wie lang die leitung sein
muss/darf. aber wahrscheinlich denk ich wieder mal falsch, vielleicht
kann mir noch wer einen tipp geben wie ich das am besten löse.
thx
chriss


p.s.: nochmal zum klarstellen:
auf der platine wird ein modul gelötet (bluetooth) dieses modul hat
keine Antenne, deshalb wird eine exterene printantenne angeschlossesn -
siehe anhang.

Autor: Matthias Bergmann (Gast)
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Hallo,

auf Seite 6 des Datasheet gibt es ein Application Example, so würde ich
es aufbauen.

Vorausgesetzt der Ausgang Deines Bluetooth-Moduls besitzt einen
Widerstand von 50 Ohm (das hat er bestimmt), spielt die Länge Deiner
Leitung in diesem Fall keine Rolle, da der Antenneneingangswiderstand
ja sogar extra auf 50 Ohm getrimmt wurde. Besser geht's gar nicht...

BTW: Hat jemand ein (vergrößerters) Foto einer solchen Antenne in
"geöffnetem" Zustand (also bevor es in Keramik verschwindet) ?

Autor: Matthias Bergmann (Gast)
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Ach so:

Der Wellenwiderstand einer Mikrostreifenleitung hängt von
- dem Platinenmaterial, d.h. der Dielektrizitskonstante epsilon_r ab
- dem Abstand zwischen Leiter und Ground-Plane (Platinenhöhe)
- der Leiterbreite
- (von der Kupferschichtdicke)
ab und genau das wird in den Berechnungsprogrammen berücksichtigt.

Wenn Du ein Koaxialkabel hast, hängt der Wellenwiderstand auch nur von
Innen- und Außendurchmesser sowie dem Material ab.


Die Länge ist egal.
!!! Der Wellenwiderstand hat nichts mit dem ohmschen Widerstand zu tun
!!!

Um beim Koaxialkabel zu bleiben: Das 10 m lange Kabel von der
Satellitenschüssel zum Fernseher / Receiver hat einen Wellenwiderstand
von 75 Ohm. Mißt Du aber mit einem einfachen Ohmmeter den
Durchgangswiderstand zwischen kabelanfang und -ende, so wird Dir nur
ca. 1 Ohm angezeigt.



Die Länge ist erst entscheidend, wenn die Leitung an irgendetwas
angeschlossen wird: Die Länge bestimmt wie sich Eingangs- und
Ausgangswiderstand zueinander verhalten.

Autor: Matthias Bergmann (Gast)
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Das Thema Leitungen ist auf

http://www.itnu.de/radargrundlagen/leitungen/tl05-de.html

sehr anschaulich erklärt, ist aber kein wissenschaftlicher Text.

Sieht ca. 20 Bildschirmseiten, ist aber in 'ner Viertelstunde
durchgelesen und gar nicht trocken geschrieben.

Autor: Jörg (Gast)
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Ich glaube ihr bringt da etwas ganz stark durcheinander!!
Ne Mircostrip-Leitung ist hier gar nicht nötig. Dein Bluetooth-Modul
schlägt ein Referenz-Design im Datenblatt vor mit entsprechender
Beschaltung für einen 50-Ohm-Ausgang, richtig? Den möchtest du
realisieren und einen Anschluss für eine externe Antenne dabei
benutzen. Die externe Antenne soll dann auf einer zweiten kleinen
Leiterplatte realisiert werden als SMD-Chip-Antenne (Datenblatt, das du
angehängt hast).
Ich weiß jetzt nicht genau, was du mit Lambda-Halbe rummachst, wenn du
dich schon für die Chip-Antenne entschieden hast. Die hat ja
anscheinend 50 Ohm bei 2,4GHz. Du brauchst also nur ne KOAX-Leitung mit
50-Ohm-Wellenwidderstand (RG58 Leitung), die du zwischen Modul und
Chip-Antennen-Platine verlötest.

75 Ohm bei Sat-Antenne liegt an der Leitung, die man da benutzt. Da ist
alles auf 75 Ohm nomriert, also ganz andere Baustelle und hat hier nix
verloren..

Wo soll die Chip-Antennen-Platine denn hin?? Zu weit entfernt vom Modul
ist eh unpraktisch, da du über die Anschlussleitung ne Dämpfung mit
reinbekommst. Chip-Antennen sind schon recht nett, aber eigentlich sind
sie dafür gedacht sie gleich auf die Modul-Platine zu montieren, ganz
ähnlich wie auf Seite 6 angedeutet.

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